Частицы могут безопасно переносить информацию, потому что их перехват изменит сообщение и предупредит получателя или отправителя. Исследователи из Нанкина собрали квантовое оборудование и упаковали его в беспилотник.
Китайские ученые говорят, что они создали первый в мире парк беспилотников, оснащенных технологией квантовой связи, чтобы роботы могли безопасно обмениваться информацией друг с другом и с людьми-операторами.
Исследователи Нанкинского университета, расположенного на востоке Китая, построили беспилотники, способные генерировать пары «запутанных» частиц света, способных нести информацию в квантовых состояниях, таких как заряды или поляризации, представляющие 0 или 1, согласно их статье, опубликованной в этом месяце в журнале «National Science Review».
По законам квантовой физики, нарушение одной запутанной частицы в паре будет влиять на другую, независимо от расстояния — это означает, что информация, которую несут такие частицы, не может быть перехвачена без изменения сообщения и оповещения получателя или отправителя.
Квантовые устройства связи, или квантовые узлы, обычно устанавливаются в лаборатории с громоздким сложным оборудованием, включающим лазерные насосы, кристаллы, излучающие луч, зеркала и сверхчувствительные детекторы.
Но профессор Чжу Шайнинг и его коллеги из Национальной лаборатории твердотельных микроструктур значительно уменьшили размер квантового узла и упаковали его в дрон весом 35 кг.
«Треть веса приходится на батарею, — сказал профессор Се Чженда, соавтор статьи. «Мы построили и развернули около 10 дронов».
В будущих обновлениях эти дроны смогут подключаться к квантовым спутникам или наземной квантовой сети связи и обеспечивать «окончательное решение для безопасной передачи данных», пишут исследователи в статье. По их словам, каждый из дронов может генерировать 2,4 миллиона пар запутанных частиц света каждую секунду.
Существующая связь с беспилотными летательными аппаратами защищена математическим шифрованием. В прошлом году компания Google анонсировала прототип квантового компьютера, который может выполнить за 200 секунд вычислительную задачу, которая займет у самых быстрых суперкомпьютеров около 10 000 лет.
Машина еще не может быть использована для декодирования информации, но считается, что эта технология в конечном итоге создаст взломщик кода, который сможет за считанные секунды обработать пароль, защищенный алгоритмом на основе чисел. Таким образом, беспилотники могут быть угнаны и направлены против их домашней базы — и самый известный способ защитить их — использовать квантовую связь.
Но квантовая коммуникация связана с множеством проблем. Например, отправитель — или, вернее, устройство, излучающее частицы, которое использует кристалл для расщепления луча лазерного света на две частицы, запутывая частицы — должен быть расположен на прямой линии видимости от приемника.
По сравнению со спутниками и наземными станциями, дроны не являются стабильными платформами и уязвимы для непредсказуемых условий. Они обнаружили, что порыв ветра может заставить дронов нанкинской команды колебаться на расстоянии вытянутой руки.
Чтобы удерживать передатчик запутанных частиц летательного аппарата беспилотника и приемник на земле, направленные друг на друга, Чжу и его коллеги использовали пары световых лучей маяка для координации своих позиций. Они уменьшили погрешность примерно до 1,3 микрона, что меньше 50-й ширины человеческого волоса.
Камера среднего размера у дрона также может выступать в качестве приемника, чтобы забирать спутанные световые частицы или фотоны с наземной станции или других дронов и передавать сообщения другим в сети.
Дальность эффективной связи в ходе эксперимента была ограничена примерно 200 метрами, но группа исследователей сказала, что они могут использовать более крупную камеру беспилотника, чтобы расширить дальность до 2 км. Согласно их статье, военные камеры на высотных беспилотных летательных аппаратах, таких как китайская «Радуга» и американская серия «Хищник» — два самых широко используемых в мире боевых беспилотных аппарата — имели дальность действия до 200 км.
Еще одна проблема во время эксперимента возникла из восьми пар вращающихся лопастей дрона, которые генерировали вибрации, которые могли повлиять на точность квантовых устройств. Исследователи использовали специально разработанные резиновые амортизаторы для устранения вибраций.
Будущие усовершенствования потребуются до того, как технология будет развернута в бою или других реальных приложениях. Одной из проблем была низкая эффективность приема фотонов. Хотя дрон может генерировать большое количество запутанных фотонов, на другом конце может быть получено только 10 частиц в секунду, что ограничивает объем передаваемой информации.
Китай является мировым лидером в области квантовых коммуникационных технологий. Он отправил на орбиту единственный в мире квантовый спутник. Наземная сеть квантовой связи между Пекином и Шанхаем является самой длинной и самой сложной на планете.